互冗余的集装箱监控通信设备的制作方法

本实用新型涉及集装箱领域，具体涉及一种互冗余的集装箱监控通信设备。

背景技术：

目前市场上的集装箱监控设备大多采用GPS+GPRS+大容量电池的模式，为了实现对集装箱的精确定位并记录运行轨迹，在集装箱内安装GPS卫星定位装置；为了能远程的监控集装箱的状态并做进一步的数据分析与处理，通常是使用GPRS网络与平台的端口对接后将以上采集的所有信息实时传送回监控平台；为了避免经常性的更换电池，通常是在控制设备上加装大容量的电池，以实现对设备的长时间供电，从而可以对集装箱状态长时间监控。

GPS定位系统属于是国外的定位系统，难免会导致数据的泄露，构成不安全因素；通信采用单一的GPRS蜂窝移动通信方式，一方面，在移动网络覆盖区也可能收不到信号，导致信息无法快速的传递，当没有移动网络覆盖时更不能传输信息，又集装箱具有全球流动性，很多时候是在远洋海上，周围没有海上基站，此时基于地面基站的GPRS移动通信方式便无法实现设备与平台之间的交互通信；另一方面，跨境运输时要面临漫游的高昂费用问题；用大容量电池供电，使用寿命有限，需要经常维护更换电池并且拆卸整机，增加了使用成本同时也给工作人员带来较大的工作负担。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决上述问题，本实用新型公开了一种互冗余的集装箱监控通信设备，用于与远程监控平台通信，其特征在于，包括：

微控制器；

电源模块，其与所述微控制器可拆卸地电连接；

卫星通信模块，其与所述微控制器电连接，所述卫星通信模块用于使所述微控制器与所述远程监控平台双向无线通信；

蜂窝通信模块，其与所述微控制器电连接，所述蜂窝通信模块用于使所述微控制器与所述远程监控平台双向无线通信；

定位模块，其与所述微控制器电连接，用于接收北斗卫星的定位信号和GPS的定位信号，其中，所述定位模块在无法通过所述北斗卫星获得定位信号的状况下通过GPS进行定位；

传感器，其将感测到的信息传递至所述微控制器；以及

扩展接口，其与所述微控制器电连接。

可选地，所述电源管理模块包括可充电锂电池和太阳能电池。

可选地，太阳能电池具有倾斜设置的太阳能电池板。

可选地，所述卫星通信模块为低轨道卫星通信模块。

可选地，所述卫星通信模块包括PIFA天线。

可选地，所述PIFA天线包括接收天线和发射天线。

可选地，所述定位模块将接收到的所述定位信号转换为位置信息，并传递至所述微控制器。

可选地，所述传感器包括振动传感器、温湿度传感器、门开关状态传感器和空重箱传感器中的至少一种。

可选地，所述扩展接口为无线通信接口、串口和CAN总线接口中的至少一种。

可选地，所述传感器通过所述扩展接口将感测到的信息传递至所述微控制器。

根据本实用新型的互冗余的集装箱监控通信设备，包括微控制器、电源模块、卫星通信模块、蜂窝通信模块、定位模块、传感器以及扩展接口。其使用了北斗卫星和GPS系统以实现冗余定位技术，定位时优先使用北斗定位，在北斗未能成功定位的情况下自动切换至GPS定位，可以尽可能的保护数据安全，避免了数据信息泄露的问题。并使用卫星通信技术与蜂窝通信技术相结合，既解决了后者无基站信号时的通信问题，也解决了后者漫游费用高的问题。此外，电源模块使用太阳能发电技术，可以为锂电池充电，解决了续航能力的问题，并且电池模块可拆卸地与微控制器连接使得更换电池更方便。

附图说明

本实用新型实施方式的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施方式及其描述，用来解释本实用新型的原理。在附图中，

图1是根据本发明的一种互冗余的集装箱监控通信设备的模块连接示意图；以及

图2为根据本发明的一种互冗余的集装箱监控通信设备的示意图。

在附图中：

1、互冗余的集装箱监控通信设备

10、本体部 11、主控电路板

20、电源模块 21、大容量电池

22、第一太阳能电池板 23、第二太阳能电池板

31、接收天线 32、发射天线

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本实用新型实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本实用新型实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

如图1所示，本实用新型提供了一种互冗余的集装箱监控通信设备，用于与远程监控平台通信。互冗余的集装箱监控通信设备包括：微控制器、电源模块、卫星通信模块、蜂窝通信模块、定位模块、传感器以及扩展接口。

具体地，微控制器作为互冗余的集装箱监控通信设备的控制核心，实现与各模块的数据交换，并对数据进行处理，从而控制各功能模块。微控制器可以通过串口(扩展接口)接收来自传感器的集装箱状态信息和来自和定位模块的位置信息，并通过串口(扩展接口)将信息发送至卫星通信模块或蜂窝移动通信模块。同时，也可以通过串口从卫星通信模块或蜂窝移动通信模块接收由远程监控平台下发的采集、控制等命令信息，并通过串口发送至传感器，实现设备对集装箱的监控功能。

电源模块与微控制器可拆卸地电连接。由于本发明采用了电池部分和主控部分相独立的结构，可以拆卸，方便更换电池。

卫星通信模块与微控制器电连接，卫星通信模块用于使微控制器与远程监控平台双向无线通信。卫星通信技术利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信，低轨道(LEO)卫星通信具有卫星轨道高度低，传输延时短、路径损耗小，多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效等优点。针对集装箱运输特点，采用卫星通信技术对集装箱进行监控与管理，便于实现集装箱信息的全球传输。

蜂窝通信模块与微控制器电连接，蜂窝通信模块用于使微控制器与远程监控平台双向无线通信。蜂窝通信技术，也称小区制移动通信，特点是把整个大范围的服务区域划分为许多小区，每个小区设置一个基站，负责本小区的各个移动台的联络与控制，各个基站通过移动交换中心相互联系，并与市话局连接，利用超短波电波传播距离有限的特点，离开一定距离的小区可以重复使用频率，使频率资源可以更充分利用。

蜂窝移动通信模块用于将微控制器发送的信息传输至移动通信基站，同时也可接收由通信基站发送过来的数据信息，并通过串口发送至微控制器，微控制器进行处理，从而控制其他功能模块。例如，蜂窝移动通信模块可采用U-BLOX公司GPRS/GSM通信模块，具有良好的兼容性，当然，也可采用其他具有相同功能的模块。

卫星通信与蜂窝通信的相结合运用，使集装箱设备远洋出海仍可与平台信息交互，并且极大的降低了跨境运输时通信成本；即，根据实际需要进行通信方式切换，在有蜂窝移动网络信号时采用蜂窝移动方式通信，在蜂窝网络信号不好，或者没有信号时采用卫星通信方式。这种双模通信方式不仅可以满足全球范围内数据通信，而且可以有效降低通信成本，合理管理集装箱。

定位模块与微控制器电连接，用于接收北斗卫星的定位信号和GPS的定位信号，其中，定位模块在无法通过北斗卫星获得定位信号的状况下通过GPS进行定位。北斗卫星系统是中国自行研制的全球卫星导航系统。已经具备在一定区域内导航、定位和授时的能力。本发明定位模块采用兼容GPS定位系统和北斗定位系统的定位模块，具有更高的定位精度和安全性。在无法通过北斗卫星获得定位信号的情况下才使用GPS进行定位，可以尽可能的保证信息安全，并且北斗卫星与GPS系统形成冗余的定位模块。

传感器将感测到的信息传递至微控制器。例如，可使用振动传感器、温湿度传感器、门开关状态传感器、空重箱传感器等多种传感器实现互冗余的集装箱监控通信设备对集装箱的全面监控。

扩展接口与微控制器电连接。诸如传感器等可通过扩展接口与为控制模块电连接，并传输数据。

根据本实用新型的互冗余的集装箱监控通信设备，包括微控制器、电源模块、卫星通信模块、蜂窝通信模块、定位模块、传感器以及扩展接口。其使用了北斗卫星和GPS系统以实现冗余定位技术，定位时优先使用北斗定位，在北斗未能成功定位的情况下自动切换至GPS定位，可以尽可能的保护数据安全，避免了数据信息泄露的问题。并使用低轨道卫星通信技术与蜂窝通信(GSM/GPRS)技术相结合，既解决了后者无基站信号时的通信问题，也解决了后者漫游费用高的问题。此外，电源模块使用太阳能发电技术，可以为锂电池充电，解决了续航能力的问题，并且电池模块可拆卸地与微控制器连接使得更换电池更方便。

可选地，电源管理模块包括可充电锂电池和太阳能电池。太阳能电池是一种可以将能量转换的光电元件，当太阳光照射时，太阳能电池可对与其连接的可充电锂电池充电。这样，根据不同的应用需求，可以采用功率大小不同的太阳能电池对内嵌的可充电锂电池进行充电，实现电能消耗和供给的平衡，延长设备的续航能力并保证设备运行的稳定性。

本发明采用低功耗技术、太阳能供电技术相结合，可以保证设备具有3年以上的有效使用时间；设备结构简单，具有整体化特点，安装固定简单，只需一次性安装即可长时间使用。

如图2所示，在图示实施方式中，互冗余的集装箱监控通信设备1可包括本体部10和电源模块20。主控电路板11位于本体部10中，主控电路板11上设置有微处理器、卫星通信模块、蜂窝通信模块、定位模块以及用于连接传感器的扩展接口。电源模块20与本体部10可拆卸地连接。电源模块20的表面构造为倾斜设置的第二太阳能电池板23，其用于吸收光能以将光能转换为电能。此外，还可以在本体部10的表面上设置第一太阳能电池板22。第一太阳能电池板22与第二太阳能电池板23以一定角度设置，从而可更好地接收阳光。太阳能电池板22可与设置在电源模块20中的大容量电池21(例如，锂电池)电连接，以为该大容量电池21充电。

此外，并且电源管理模块采用太阳能充电技术与低功耗技术相结合，太阳能板部分又采用部分倾斜构造，使得太阳光照射的强度更大，转化效率更高。整体的改进使得监控设备具有更长的使用寿命。

采用了倾斜的结构解决了太阳能利用率低的问题。使得覆盖在设备上的太阳能板接受太阳能光照的强度更大，提高了太阳能的利用率；

可选地，卫星通信模块为低轨道卫星通信模块，例如，低轨道卫星可以为美国ORBCOMM公司的低轨道卫星通信系统中所属卫星。卫星通信模块可采用ORBCOMM公司自制的通信模块，也可以选用由ORBCOMM公司授权生产的卫星通信模块。其主要用来进行数据的传输，从而将微控制器中的数据通过卫星天线发送至卫星，也可以将从卫星接收到的数据发送至微控制器，经过微控制器处理，并控制其他功能模块，从而实现数据的双向传输。

进一步地，卫星通信模块包括PIFA天线。例如，ORBCOMM卫星模块需要使用外置天线，考虑到偏僻地区的通信质量要求和天线尺寸限制，所以采用了PIFA天线，由于其特殊的结构，使得在能够保证较高的通信质量的同时又大大缩小了物理尺寸，从而便于安装于集装箱内同时又可以很好的配合卫星通信模块稳定高效的实现卫星的全球数据通信。

在本实施方式中，回到图2，可选地，PIFA天线包括接收天线和发射天线。在图示实施方式中，互冗余的集装箱监控通信设备1包括本体部10和电源模块20。在本体部10中，PIFA天线包括接收天线31和发射天线32，这样的收发分开的构造可以提高卫星通信模块的收发效率。并且接收天线和发射天线分开，使得卫星天线的尺寸大大减小，既可以很好的与卫星通信模块兼容又切合了集装箱安装环境，使得整个互冗余的集装箱监控通信设备便携化，通信高效化。

可选地，定位模块将接收到的定位信号转换为位置信息，并传递至微控制器。定位模块主要用于接收卫星定位信号，定位模块将接收到的卫星信号转换为位置信息，通过串口发送给微控制器，再由微控制器发送给卫星通信模块或蜂窝通信模块。具有定位模块的集装箱监控设备可以有效的对集装箱的位置进行定位，达到实时监控集装箱的目的。

可选地，传感器包括振动传感器、温湿度传感器、门开关状态传感器和空重箱传感器中的至少一种。其中振动传感器可检测集装箱的运动和静止状态，结合实际的应用需求，可通过软件控制各功能模块的供电情况，从而有效降低功耗。

可选地，扩展接口为集装箱监控设备预留的通信接口，可为无线通信接口，如蓝牙通信、Zigbee通信，也可为其他通信接口，如串口、CAN总线接口等。即，扩展接口为无线通信接口、串口和CAN总线接口中的至少一种。进一步可选地，传感器通过扩展接口将感测到的信息传递至微控制器。

本实用新型的冗余的集装箱监控通信设备采用了大容量锂电池做为供电电源，太阳能电池做为充电电源，当太阳光照充足时便可以通过太阳能发电为锂电池充电，并可由保护电路防止过充，以此满足系统长久工作需要。通过微控制器发送指令控制北斗卫星/GPS工作，优先使用北斗卫星进行定位并获取定位信息，通过指令控制外围的传感器工作并获得集装箱的状态信息，微控制器存储这些信息后，打开蜂窝通信模块，检测信号强度，若信号好足以通信并且不在漫游区时使用蜂窝通信方式，通过地面基站可以将信息发送到平台；若信号不足以通信或已处于漫游区，则打开卫星通信模块进行卫星通信，卫星通信模块首先要与卫星取得连接，然后将数据发送至卫星，随后该数据通过卫星转发至卫星地面网关站(GES)，然后GES再将数据传输到网关控制中心(GCC)，通过GCC的数据处理，将数据通过网络的形式发送到服务器平台，则用户可以通过登录平台网页或者是装有相关应用程序的智能终端便可以直观的看到集装箱的位置和状态信息。通过平台也可以通过反向链路下发控制指令，控制冗余的集装箱监控通信设备被动上报信息或更改相应的配置。

本实用新型已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。